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钠冷快堆乏燃料组件厂内转运散热试验研究

吴增辉  
【摘要】:钠冷快堆乏燃料组件在反应堆容器内的储存阱中冷却贮存2~3个换料周期后,需从堆容器内取出。从钠池中取出后,乏燃料组件将在氩气惰化的反应堆厂房内转运。乏燃料组件转运机由转运机构和导向管组成,为卸料过程中最复杂的机械结构。转运机的卡停故障会导致乏燃料组件长期暴露于氩气环境,衰变热会导致乏燃料组件过热。为了防止包壳破损而导致放射性泄漏,必须保证燃料棒的包壳最高温度不超过设计限值。本论文研究了乏燃料组件在氩气转运环境中的散热现象,对转运工况位置进行分析筛选出典型工况,开展转运机故障包络性工况下的稳态试验,即开展无导向管和带导向管两种结构下的稳态试验。为模拟钠池上方乏燃料组件卡停工况,开展无导向管全尺寸模拟组件换热试验。试验本体为169-棒全尺寸模拟组件,由组件盒、1根中心棒、156根加热棒和12根测温棒组成,中心棒兼具加热测温功能,加热棒加热功率通过4台多通道低压可调直流电源供给调节,测温棒不加热。试验本体被竖直放置于密封的压力容器内,压力容器壁温可通过外部加热调节控制,通过向压力容器内注入氩气模拟反应堆厂房内工况。结果表明:环境温度波动范围在±20℃时,对模拟组件内部,特别是中心棒内的温度分布的影响可以忽略。通过对模拟组件内部进行换热机理分析可知,Manteufel换热模型在发射率属于0.3~0.35时较为准确。通过对模拟组件外部进行机理分析可知,对流换热系数随着加热功率的增加而增加,但是,对流换热份额随着加热功率的增加而减小,且辐射换热始终占据主导地位。由此可知,提高材料发射率是降低模拟组件内热阻和最高温度最为有效的方式。为模拟转运室内乏燃料组件卡停工况,首先,开展带不同规格导向管缩放尺寸模拟组件换热试验,即:不规则导向管和规则导向管。缩放尺寸模拟组件为37-棒模拟组件,由组件盒、30根加热棒和7根测温棒组成,测温棒不加热。试验过程和模拟钠池上方工况的换热试验过程一致。其试验结果表明:不规则导向管结构下,模拟组件内温度场仍为对称分布,且与管状导向管结构下的模拟组件内温度分布相同,可使用管状导向管代替不规则导向管进行试验。而后,开展带导向管全尺寸模拟组件换热实验,试验过程中,使用管状导向管代替不规则导向管。结果表明:环境温度波动范围在±20℃时,对模拟组件内部,特别是中心棒内的温度分布的影响可以忽略。Manteufel换热模型在发射率属于0.3~0.35时仍然可信,提高材料发射率仍然是降低模拟组件内热阻和最高温度最为有效的方式。


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